泵的腐蚀与防护

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摘要:离心泵输送带有固体颗粒的悬浮液时,由于固体粒子在泵的过流部件表面上的冲刷,常常使这些部件产生严重的磨损,称为冲刷腐蚀。

在石油化工生产中,泵输送的液体种类很多,液体的性质和泵的操作条件也是千差万别的,如液体的温度可高达几百度,压力可达几十兆帕,有的介质呈酸性,有的介质呈碱性,有的介质腐蚀性强,有的介质腐蚀性弱等。为了满足以上要求,除了采用不同类型的泵以外,还要了解不同的液体在各种条件下对金属材料的腐蚀情况,从而针对不同的液体来选择合适的耐腐蚀泵用于各类化工生产工艺流程中去,并且采取相应的防腐措施以延长泵的使用寿命,这也是石油化工用泵的一个非常重要的问题。

多数泵是由金属材料制造的,金属材料腐蚀的规律比较复杂,不同的材料在同一种介质中的腐蚀情况各不相同,同一种材料在不同介质中的腐蚀情况也大相径庭,比如碳钢在稀硫酸中腐蚀速度很快,但在浓硫酸中却相当稳定;普通的18-8型奥氏体不锈钢能耐硝酸、冷磷酸、许多盐类及碱溶液、水和蒸汽、石油产品等化学介质的腐蚀,但是对硫酸、盐酸、氢氟酸、卤素、草酸等的化学稳定性比较差;铝在稀硫酸和发烟硫酸中稳定,在中等和高浓度的硫酸中却不稳定。

因此,必须首先了解金属腐蚀的原因和种类,才能针对特定的化工物料,正确选用合适的耐腐蚀泵并采取合理的防腐措施。

(一)腐蚀的基本概念

材料(通常是指金属材料)或材料的性质由于与它所处的环境发生反应而恶化变质,称为腐蚀。它包括三个方面的研究内容,即材料、环境及反应的种类。

  1. 材料

材料包括金属材料、非金属材料及材料的性质,是腐蚀发生的内因。

  1. 环境

环境是腐蚀发生的外部条件,任何材料在使用过程中总是处于特定的环境中,对腐蚀起作用的环境因素主要有介质的成分、浓度、温度、流速和压力等。

  1. 反应的种类

腐蚀是材料与环境发生反应的结果。金属材料与环境通常发生化学反应或电化学反应,非金属材料与环境则会发生溶胀、溶解、老化等反应。

(二)腐蚀的类型及机理

1.按腐蚀的机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类

化学腐蚀是指金属与干燥的气体或非电解质溶液产生化学作用而引起的腐蚀。化学腐蚀通常为干腐蚀,腐蚀速度相对较小。如碳钢在铸造、锻造、热处理过程中发生的高温氧化以及铝在无水乙醇中的腐蚀等均属于此类腐蚀。实际上单纯的化学腐蚀是相当少的,一些干燥介质中如混人水分常会由化学腐蚀转化为电化学腐蚀。

电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学反应而产生的破坏,反应过程均包括阳极反应和阴极反应两个过程,腐蚀过程中伴有电流的流动,即电子和离子的运动。金属在酸、碱、盐等化学溶液和土壤、海水、潮湿的大气中的腐蚀均属于此类腐蚀。通常情况下,电化学腐蚀要比化学腐蚀强烈得多,金属的腐蚀破坏大多数也是由电化学腐蚀引起的。

不同金属在电解质溶液中的电位不同,它们之间会产生电位差;同一金属由于本身组织不均匀在电解质溶液中也有可能产生电位差;同一金属在电解质溶液中所处的环境条件有差别(如浓度、温度和应力差别等)也会产生电位差。而在酸、碱、盐等电解质

溶液中都存在着带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子,电位差成了电解质溶液中离子移动的推动力,离子移动到电极上得失电子的同时便会产生金属的腐蚀,并同时产生电流。因此,电化学腐蚀是由于金属发生腐蚀电池作用引起的。如果将两种电位不同的金属(如铜和锌)用导线连接起来,放在电解质溶液(如稀H2SO4溶液)中,这样就构成了导电回路,回路中的电子将从低电位的锌流向高电位的铜,电子的移动产生电流,形成腐蚀电池。锌不断失去电子,变为锌离子进人溶液,锌电极成为腐蚀电池的极,出现腐蚀;铜电极成为腐蚀电池的阴极而被保护,溶液中的H+不断移动到铜电极上得到电子而析出H2。

在某些腐蚀性介质特别是强氧化剂如硝酸、氯酸、重铬酸钾、高锰酸钾等中,随着电化学腐蚀的进行,在阳极金属的表面会逐渐形成一层保护膜,从而使阳极的溶解受到阻滞而终止腐蚀,这种现象称为钝化,这层保护膜称为钝化膜。在生产实践中,钝化现象可以用来保护金属。

2.按腐蚀的破坏特征,可分为全面腐蚀和局部腐蚀

全面腐蚀也称为均勻腐蚀,它的特点是腐蚀均匀地发生在整个金属的表面,腐蚀的结果是设备壁厚的均匀减薄。全面腐蚀容易被发现和测量,因此这种脔蚀的危险性较小,只要在泵的设计时考虑足够的腐蚀裕量就可以保证泵的机械强度和*吏用寿命。

局部腐蚀又称为非均匀腐蚀,它的特点是腐蚀集中在金属表面的一定区域,而其他区域不腐蚀或腐蚀很轻微。这类腐蚀又包括区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和空泡腐蚀等。

点腐蚀是由局部电作用引起的,腐蚀从金属表面开始,最后产生凹坑,凹坑可能会被腐蚀产物覆盖,结成瘤状形的硬疤,疤的下面就是一个点蚀坑。点蚀经常发生在金属表面上有停滞或缓慢流动介质的区域。

晶间腐蚀先从金属表面晶粒之间的边缘开始,腐蚀介质逐步渗人到金属的深处,破坏了金属晶粒之间的结合力,在金属表面不会留下宏观的迹象,从表面不易发现,但金属材料的强度和塑性几乎完全丧失,只要在很小的外力作用下就可能破坏。比如,不锈钢经过严重晶间腐蚀后,表面看起来仍十分光滑,但只要用锤轻轻敲击,它就会碎成粉末。由于设备在工作过程中晶间腐蚀不容易被发现,所以它是一种危险性比较大的腐蚀破坏形式。

应力腐蚀是指拉应力和腐蚀环境的联合作用而引起的金属腐蚀破裂,应力和腐蚀是相互促进的。一方面腐蚀使金属有效截面积减小和表面形成缺口产生应力集中,另一方面应力的增大使材料产生大的变形又加速了腐蚀的进展,使表面缺口向深处扩展,往往在没有任何預兆的情况下导致设备的破坏,因此应力腐蚀破裂也是一种很危险的腐蚀损坏。

腐蚀疲劳又称疲劳腐蚀,是指金属材料或结构在交变载荷和腐蚀介质共同作用下引起的疲劳强度或疲劳寿命降低的现象。材料在长时间的交变载荷作用下,应力值达到或超过材私的疲劳极限时就会使金属表面产生微小裂纹,腐蚀介质进人微裂纹加速了裂纹向深处扩展:最后可能造成金属构件突然断裂,从宏观上看,断口有两个明显不同的区域:一是腐蚀疲劳裂纹的产生和扩展区,二是截面崭新的最后断裂区。在石油化工生产行业的设备当中,泵轱等均有可能发生腐蚀疲劳。

空泡腐蚀是金属与液体介质之间作高速相对运动时,液体介质对金属产生的冲击加腐蚀的一种腐蚀形式,空泡腐蚀的结果使金属表面产生蜂窝状的腐蚀坑。离心泵叶轮等通常会遭受空泡腐蚀。

离心泵输送带有固体颗粒的悬浮液时,由于固体粒子在泵的过流部件表面上的冲刷,常常使这些部件产生严重的磨损,称为冲刷腐蚀。如泵的叶轮产生冲刷腐蚀后会使泵的扬程和效率显著降低,甚至使泵无法工作,必须更换新的叶轮。此外,离心泵的汽蚀是机械剥蚀和腐蚀共同作用的结果,也会给泵带来严重损坏。

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